Tungstène

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Tungstène
TantaleTungstèneRhénium
Mo
  Structure cristalline cubique à corps centré
 
74
W
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
W
Sg
Tableau completTableau étendu
Informations générales
Nom, symbole, numéro Tungstène, W, 74
Série chimique Métaux de transition
Groupe, période, bloc 6, 6, d
Masse volumique 19,3 g·cm-3 (20 °C)[1]
Dureté 7,5
Couleur Gris blanc
No CAS 7440-33-7 [2]
No EINECS 231-143-9
Propriétés atomiques
Masse atomique 183,84 ± 0,01 u [1]
Rayon atomique (calc) 135 pm (193 pm)
Rayon de covalence 162 ± 7 pm [3]
Rayon de van der Waals 137 pm
Configuration électronique [Xe]4f14 5d4 6s2
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 18, 32, 12, 2
État(s) d’oxydation 6, 5, 4, 3, 2
Oxyde acide
Structure cristalline cubique centré
Propriétés physiques
État ordinaire solide
Point de fusion 3 422 °C [1]
Point d’ébullition 5 555 °C [1]
Énergie de fusion 35,4 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 824 kJ·mol-1
Volume molaire 9,47×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur 4,27 Pa à 3 680 K
Vitesse du son 5 174 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 2,36
Chaleur massique 130 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 8,9×106 S·m-1
Conductivité thermique 174 W·m-1·K-1
Solubilité sol. dans HCl + H2O2 [4]
Énergies d’ionisation[5]
1re : 7,86403 eV 2e : 16,1 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
180W 0,13 % 1,8×1018 a α 2,516 176Hf
181W syn. 121,2 j ε 0,188 181Ta
182W 26,498 % 8,3×1018 a[Note 1]. α
183W 14,314 % 1,9×1018 a[Note 1] α
184W 30,642 % 4,0×1018 a[Note 1] α
185W syn. 75,1 j β- 0,433 185Re
186W 28,426 % 6,5×1018 a[Note 1] α
Précautions
Directive 67/548/EEC[6]
État pulvérulent :
Facilement inflammable
F



SIMDUT[7]

Produit non contrôlé
SGH[6]
État pulvérulent :
SGH02 : Inflammable
Danger
H228, P210, P240, P241, P280, P370, P378,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le tungstène est un élément chimique du tableau périodique de symbole W (de l'allemand Wolfram) et de numéro atomique 74. Son nom provient du suédois « tung » (lourd) et « sten » (pierre) et signifie donc « pierre lourde ».

C'est un métal de transition gris-acier blanc, très dur, et lourd qui est reconnu pour ses propriétés physiques. On trouve du tungstène dans de nombreux minerais comme la wolframite et la scheelite. Sous sa forme pure, il est principalement utilisé dans des applications électriques (filaments d'ampoule), mais sous forme de composés ou d'alliages il possède de nombreuses applications, comme la réalisation d'outils nécessitant une grande dureté (forets, poudres abrasives...).

Caractéristiques notables[modifier | modifier le code]

Barres de tungstène avec des cristaux évaporés, partiellement oxydés. D'une pureté de 99,98 % en comparaison avec un cube de 1 cm³ de tungstène pur (99,999 %).

Le tungstène pur est un métal dur de couleur allant du gris acier au blanc étain. On peut le couper à l'aide d'une scie à métaux lorsqu'il est très pur, mais il est cassant et difficile à travailler lorsqu'il est impur, et on le travaille normalement par forgeage, extrusion, ou étirement. Cet élément a le plus haut point de fusion (3 422 °C) de tous les métaux, la plus faible pression de vapeur et la plus grande résistance à la traction de tous les métaux à une température supérieure à 1 650 °C, son module de Young est de 406 GPa. Du fait de sa très haute température de fusion, le tungstène n'est pas fondu mais fritté à haute température ainsi que certains de ses composés comme le carbure de tungstène[8]. Sa résistance à la corrosion est excellente et il ne peut être que légèrement attaqué par les acides minéraux. Le tungstène métallique forme une couche d'oxyde protecteur lorsqu'il est exposé à l'air. Lorsqu'on l'ajoute en faible quantité aux alliages d'acier, il en augmente la dureté.

Tous les isotopes naturels du tungstène sont considérés d'un point de vue théorique comme devant être radioactifs émetteur alpha avec des demi-vies très élevées mais cela n'est établi que pour le tungstène 180. Le tungstène naturel est donc stable pour les applications courantes[Note 1].

Toxicologie, écotoxicologie[modifier | modifier le code]

La controverse sur les conséquences toxicologiques et écotoxicologiques de l'utilisation d'uranium appauvri dans les munitions de la guerre du Golfe et la guerre des Balkans a conduit a évaluer d'autres matériaux lourds utilisés dans les munitions perforantes, dont les alliages de tungstène (HMTAs[9]), qui étaient présentés comme des « alternatives non toxiques » à l'uranium[10].

Il a alors été montré en laboratoire que l'injection (intramusculaire) de microparticules de HMTAs (contenant 91,1% de tunsgène, 6% de cobalt et 2.9% nickel) chez le rat de laboratoires a rapidement causé l'apparition de cancers avec tumeurs métastatiques agressives sur le site d'implantation, sans que l'on ait toutefois compris les mécanismes cellulaires et moléculaires en cause. Or les militaires durant les exercices ou en situation de combat et les civils durant les guerres peuvent inhaler de telles particules (émises à l'impact).

L'instillation intratrachéale (inhalation forcée) chez des groupes de rats d'un mélanges homologue de poudres métalliques de WNiCo (92% de tungstène, 5% de nickel et 3% de cobalt), de WNiFe (92% de tungstène, 5% de nickel et 3% de fer), de métaux purs, ou d'un produit neutre (solution saline) par voie intratrachéale chez le rat a également montré une toxicité pulmonaire (évaluée par analyse cytologique, par l'activité de la lactate déshydrogénase, la teneur en albumine et le taux de cytokines inflammatoire dans le fluide de lavage broncho-alvéolaire 24 h après l'instillation). Ces produits ont induit une inflammation pulmonaire et l'expression de marqueurs de stress oxydatif et métabolique, avec production de radicaux libres toxiques et lésions pulmonaires.

Applications[modifier | modifier le code]

Le tungstène connaît un grand nombre d'utilisations, la plus courante étant sous forme de carbure de tungstène (WC) et de sous-carbure de tungstène (W2C), qui sert à la fabrication des pièces d'usure dans la métallurgie, l'industrie minière et pétrolière. On se sert du tungstène pour la fabrication des filaments des ampoules électriques et des tubes cathodiques des postes de télévision, ainsi que dans celle des électrodes, les très fins filaments que l'on peut produire avec ce métal ayant un très haut point de fusion.

Autres utilisations :

  • Son point de fusion très élevé le rend particulièrement adéquat pour les applications spatiales et celles qui demandent l'utilisation de très hautes températures.
  • La dureté et la densité de ce métal le rendent idéal pour faire des alliages de métaux utilisés dans l'armement, les puits de chaleur, ainsi que les poids et contre-poids.
  • Les pièces d'usure utilisées, par exemple dans les outils à haute vitesse, utilisent souvent des alliages de tungstène et d'acier pouvant contenir jusqu'à 18 % de tungstène.
  • Des composés du tungstène sont utilisés comme catalyseur, pigment inorganique. Le disulfure de tungstène (en) est utilisé comme lubrifiant stable au-dessus de 500 °C.
  • le tungstate de sodium (en) (numéro CAS : 10213-10-2) fait partie du réactif de Folin Denis (en).
  • Étant donné que son coefficient de dilatation est équivalent à celui du verre borosilicate, il est utilisé pour faire des soudures verre sur métal (électrodes, passages électriques).
  • Des superalliages contenant du tungstène sont utilisés pour faire des pales de turbine, des outils en acier, ainsi que des plaquages.
  • Il est utilisé comme électrode réfractaire dans le soudage TIG.
  • Les contacts d'arc de disjoncteurs à haute tension sont aussi partiellement constitués de tungstène afin de supporter la haute température d'un arc électrique.
  • DIME (Dense Inert Metal Explosive), nouvel armement très performant pour tuer un être humain tout en causant des dégâts dans un rayon très limité de quelques mètres.
  • On l'utilise également pour les pénétrateurs à énergie cinétique (ou obus flèche) du fait de son haut point de fusion et de sa densité.

Histoire[modifier | modifier le code]

Le premier à avoir supposé l'existence du tungstène est Peter Woulfe, en 1778, alors qu'il examinait de la wolframite.

Il détermina alors que ce minéral devait contenir une substance inconnue. En 1781, Carl Wilhelm Scheele établit qu'un nouvel acide pouvait être formé à partir de la tungsténite. Scheele et Berman suggérèrent qu'il devait être possible d'obtenir un nouveau métal en réduisant cet acide. Les frères Juan José et Fausto de Elhúyar découvrirent, en 1783, un nouvel acide dérivé de la wolframite identique à l'acide tungstique (en). En Espagne, un peu plus tard, la même année, les deux frères réussirent à isoler le tungstène en réduisant l'acide avec du charbon. On leur attribua la découverte de l'élément.

Occurrence[modifier | modifier le code]

Échantillon de tungstène en poudre

On trouve du tungstène dans la wolframite qui est un tungstate de fer et de manganèse, (FeWO4/MnWO4), scheelite (tungstate de calcium, CaWO4), ferbérite et hübnérite. On trouve d'importants dépôts de ces minéraux au Pérou[11], en Bolivie, Californie, Chine, Colorado É.-U., Portugal, Russie, et Corée du Sud. La Chine produisait en 2006 84 % de l'approvisionnement mondial[12]. Le métal est produit commercialement par réduction de l'oxyde de tungstène par de l'hydrogène ou du carbone.

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c, d et e Il est admis théoriquement que tous les isotopes du tungstène doivent être radioactifs et doivent se désintégrer en émettant un rayonnement α avec toutefois des périodes très élevées (> 1018 a = 1 milliard de milliards d'années, mais cela n'a été établi expérimentalement en 2009 que pour le tungstène 180. (en) National Nuclear Data Center, « Interactive Chart of Nuclides (Nudat2.5) » (consulté le 22-06-2009)

Références[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c et d (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc,‎ 2009, 90e éd., Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0)
  2. Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  3. (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », Dalton Transactions,‎ 2008, p. 2832 - 2838 (DOI 10.1039/b801115j)
  4. (en) Thomas R. Dulski, A manual for the chemical analysis of metals, vol. 25, ASTM International,‎ 1996, 251 p. (ISBN 0803120664, lire en ligne), p. 75
  5. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC,‎ 2009, 89e éd., p. 10-203
  6. a et b Entrée de « Tungsten, Powder » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais) (JavaScript nécessaire)
  7. « Tungstène » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
  8. Fournisseurs du tungstène et de ses composés sur Kompass.com
  9. HTMA : acronyme de heavy metal tungsten alloys
  10. Erik Q. Roedel, Danielle E. Cafasso, Karen W.M. Lee, Lisa M. Pierce (2012), Pulmonary toxicity after exposure to military-relevant heavy metal tungsten alloy particles ; Toxicology and Applied Pharmacology, Volume 259, Issue 1, 15 February 2012, Pages 74-86 résumé)
  11. http://www.malaga.ca/
  12. Arnaud de la Grange, « Pékin joue de l'arme des « terres rares » », Le Figaro, le 25 octobre 2010

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]


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